У ЗЕМЛИАнемометр Фусса (рис. 25б)применяется для измерения средней скорости ветра в диапазоне от 1 до 20 м/с. Приемником воздушного потока является четырехчашечная вертушка, ее ось соединена с механическим счетчиком. Скорость вращения вертушки пропорциональна скорости ветра. Механический счетчик имеет три циферблата, которые позволяют оценить количество оборотов вертушки. Большая стрелка указывает целые деления, а две маленькие отмечают сотни и тысячи. Сбоку на кожухе прибора находится рычажок включения счетчика. Приступая к измерениям, анемометр с включенным счетчиком устанавливается на шесте высотой 2 м. Записывают показания всех стрелок счетчика. Через 20-30 с одновременно включают счетчик и секундомер, и через заданное время (как правило, 2 или 10 минут) выключают счетчик и записывают новые показания. Разделив разность показаний счетчика на время наблюдения, определяют среднее число оборотов вертушки в секунду и по градуированной кривой или таблице, имеющейся в поверочном свидетельстве анемометра, оценивают среднюю скорость ветра. Погрешность анемометра Фусса ± (0,3 + 0,05U), м/с.
Анемометр ручной индукционный АРИ-49 (рис. 25,а) измеряет скорость ветра в пределах от 2 до 30 м/с. Приемником воздушного потока служит трехчашечная вертушка, соединенная осью с магнитным тахометром. Магнит помещен в металлическом стаканчике, установленном на оси, к нему крепится стрелка прибора и сдерживающая пружина. При вращении вертушки вращается магнит и возникает электромагнитное поле. Под его воздействием стаканчик поворачивается в сторону вращающегося магнита. Чем выше скорость ветра, тем больше угол, на который, преодолевая силу сдерживающей пружины, отклонится стрелка вместе со стаканчиком, а большему углу отклонения соответствует большая скорость ветра. Цена деления шкалы 1 м/с. В течение 1-2 минут следят за колебаниями стрелки, а затем отсчитывают скорость ветра по среднему положению колеблющейся стрелки с точностью до 1 м/с. Погрешность АРИ-49 составляет ± (0,5 + 0,05U), м/с. Анемометр и флюгер фирмы Vaisala являются ветроизмерительными модулями в комплексной радиотехнической аэродромной метеостанции Вайсала-KPAMС-4 (совместная российско-финская разработка). Анемометр WAA151 (рис. 26) малоинерционный прибор для дистанционного измерения скорости ветра у земли. Вертушка имеет три очень легких конических чашки, которые обеспечивают диапазон измерения скорости ветра от 0,4 до 75 м/с. В качестве чувствительного элемента используется оптикоэлектронный датчик. Вращаемый ветром диск, подсоединенный к валу вертушки, прерывает луч инфракрасного света, генерируя выходные импульсы от фототранзистора. Частота выходного импульса прямо пропорциональна скорости ветра (например, 246 Гц = 24,6 м/с). Нагревательный элемент в отверстии вала предохраняет подшипники от замерзания при отрицательных температурах.
Погрешность измерения скорости ветра составляет не более ± 0,5 м/с. Порог чувствительности < 0,5 м/с.
Флюгер WAF151 (рис. 27) – оптикоэлектронный флюгер с малым порогом чувствительности. Инфракрасные диоды и фототранзисторы смонтированы на шести орбитах 6-битового диска. При обороте флюгера диск меняет ход, принимаемый фотодиодами. Элемент обогрева во втулке вала предохраняет подшипники от намерзания изморози в холодном климате. Диапазон измерения направления ветра от 0 до 360° при скорости ветра от 0,4 до 75 м/с. Точность измерения < ± 3°. Пороговая чувствительность 0,4 м/с. WAA151 и WAF151 устанавливаются на кронштейне датчиков ветра типа WAC15 (рис. 28), выполненного из анодированного алюминия со скобой на макушке мачты. На кронштейне устанавливается водонепроницаемая распределительная коробка для подключения линии питания. Внутри коробки имеется термостативный переключатель для включения подогрева при низких температурах. Расстояние между датчиками на кронштейне 80 см. Анемометр WAA151 и флюгер WAF151 устанавливают на трубчатых сборных мачтах, крепящихся друг к другу самонарезающимися болтами (рис. 29). Дистанционная метеорологическая станция (ДМС) М-49 (рис. 30) предназначена для дистанционного (до 100 м) измерения скорости и направления ветра, температуры и относительной влажности воздуха. Состоит из блока датчиков скорости и направления ветра, блока датчиков температуры и влажности воздуха, блока указателей и блока питания. В качестве чувствительного элемента датчика скорости ветра используется восьмилопастной воздушный винт, а в качестве преобразователя – тахогенератор переменного тока. Чувствительным элементом датчика направления служит флюгарка, преобразователем – бесконтактный сельсин.
Рис. 28. Кронштейн WAC15
Рис. 29. Короткие трубчатые мачты DKP15, DKP15S, DKP15W
Под действием воздушного потока винт начинает вращаться, и через ось, на которую он посажен, и систему конических шестерен это вращение передается на постоянный магнит тахогенератора. Напряжение от генератора поступает на измерительный пульт, шкала которого проградуирована в м/с. Скорость ветра определяется по формуле: U = k N tg α, (8) где k – коэффициент передачи винта; N – количество оборотов винта; α – угол атаки винта. При оценке направления ветра положение флюгарки передается на измерительный пульт при помощи двух одинаковых сельсинов. В качестве чувствительного элемента датчика температуры используется термометр сопротивления, размещенный в одном блоке с датчиком влажности.
Рис. 30. Дистанционная метеорологическая станция (ДМС) М-49
Для измерения относительной влажности в М-49 применяется гигрометр из животной пленки в виде мембраны. Ее вершина через рычажную передачу и зубчатую пару механически соединяется с ротором сельсина-датчика (аналогичного сельсину-датчику направления ветра). При изменении высоты пленочной мембраны происходит одновременный поворот на соответствующий угол якоря сельсина-датчика и якоря сельсина-приемника. ДМС позволяет измерить метеорологические параметры с погрешностью: – скорость ветра ± (0,5 + 0,05U), м/с; – направление ветра ± 10°; – температурд. воздуха ± 1°; – относительная влажность ± 7%. Анеморумбометр М63М-1 (рис. 31) предназначен для дистанционного измерения направления ветра, средней, мгновенной, максимальной скоростей ветра. Датчик параметров ветра состоит из четырехлопастного винта и свободно ориентирующейся флюгарки. Положение флюгарки и число оборотов винта с помощью электронных преобразователей представляются на выходе блока датчиков двумя сериями электрических импульсов, поступающих в измерительный пульт. Частота следования импульсов пропорциональна скорости ветра, а фазовый сдвиг между импульсами каждой серии характеризует направление ветра. Максимальная скорость ветра определяется по наибольшему за период между наблюдениями значению силы тока, отмеченному фиксстрелкой, возвращаемой в исходное положение нажатием кнопки сброса. В канале средней скорости ветра осуществляется подсчет числа импульсов, поступающих на вход схемы за 10 мин Результат измерений считывается по шкале электромеханического счетчика.
Рис. 31. Анеморумбометр М63М-1
Анеморумбометр М63М-1 имеет следующие диапазоны и погрешность измерений параметров ветра: – средней скорости (за 10 минут от 1 до 40 м/с с погрешностью ± (0,5 + 0,05U), м/с; – мгновенной от 1,5 до 60 м/с с погрешностью ± (1,0 + 0,05U), м/с; – максимальной от 3 до 60 м/с с погрешностью ± (1,0 + 0,07U), м/с; – направления ветра в пределах 0-360° с погрешностью ± 10°. Модификация анеморумбометра М63М-1 с выходом на компьютер позволяет обеспечить выдачу результатов измерений характеристик ветра в виде таблиц, графиков, розы ветров, создание электронных метеоотчетов за любой промежуток времени. Программная система позволяет подключить к одному компьютеру до 8 комплектов М63М-1. Предельное удаление пульта М63М-1 от компьютера не более 1200 м. Анеморумбометр М127МП предназначен для дистанционного измерения скорости и направления ветра, обработки и отображения полученных данных, их передачи по каналу связи. Датчик анеморумбометра М127МП создан на основе серийного датчика М63, в котором для обработки информации применен узел электроники со встроенным микропроцессором. К одному дистанционному пульту может быть подключено два датчика ветра, удаленных на расстояние до 10 км. На индикацию выводятся средние скользящие значения скорости и направления ветра за 2 и 10 минут, а также максимальные скользящие значения характеристик ветра за тот же период. Диапазон измерения: - по скорости ветра от 1 до 60 м/с; - по направлению от 0 до 360о. Основные погрешности измерения: - мгновенной и средней скорости ветра ±(0,3+0,04 U), м/с; - максимальной скорости ±(1,0+0,05 U), м/с; - направления ветра ±6о. Анеморумбограф М-64М (рис. 32) предназначен для дистанционного измерения и регистрации мгновенной, максимальной и средней скоростей ветра, а также определения его направления. Преобразование параметров ветра в электрические сигналы производится так же, как и в М63М-1, однако здесь еще имеется самописец.
Рис. 32. Анеморумбограф М-64М: а) датчик скорости и направления ветра; б) самописец
Анеморумбограф М-64М измеряет и регистрирует параметры ветра со следующими погрешностями: – среднюю скорость (за 2 и 10 мин) в пределах 1-40 м/с с погрешностью ± (0,5 + 0,05U), м/с; – мгновенную, осредненную за 3 с, в диапазоне 1-60 м/с с погрешностью ± (0,5 + 0,05U), м/с; – максимальную (за 10 мин) в пределах 1,5-60 м/с, с погрешностью ± (0,5 + 0.07U), м/с; – направление ветра в пределах 0-360° с погрешностью ± 10о.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. На какой высоте установлены датчики для измерения направления и скорости ветра в приземном слое? 2. Что называется магнитным ветром? 3. Когда в сводке погоды передается магнитный ветер? 4. Каково временное осреднение характеристик ветра: а) для обеспечения взлета и посадки? б) для принятия решения на вылет и посадку? 5. Что такое сдвиг ветра? Каковы физико-метеорологические условия возникновения сдвига ветра? 6. Критерии оценки вертикального и горизонтального сдвига ветра. 7. Что такое мгновенная скорость? 8. В чем отличие анемометров и анеморумбометров? 9. С какой погрешности измеряются параметры ветра ДМС М-49 и М63М-1? 10. Каковы особенности анеморумбографа М-64М?
|
а) б)
